气浮池设计

2．1压力溶气系统（包括压力溶气罐、空压机、水泵及其附属设备）2．1．1溶气系统占整个气浮过程能量消耗的50%，溶气罐价值占工厂总基建投资的12%，因此优化溶气系统的设计对缩小气浮操作费用是很重要的。溶气罐多为园筒形，立式布置，容积按废水停留时间25～3min计算，罐中可装设有隔板，瓷环之类，也有用空罐的。因为溶气罐内水、气相混合，所以一般按压力容器进行设计，罐顶设自动排气阀或罐底设自动减压阀平衡压力，罐内压力一般控制在0.45MPa左右为宜，据此可以确定提升泵、回流泵和空压机的参数。在国外的设计资料和文献中，认为气水停留时间越长，溶气效率越高。这样就使得溶气罐的体积显得庞大，停留时间有时长达3～5min。国内的研究证实了液膜阻力控制着溶气速率，认为停留时间越长，溶气效果越好的观念不符合实际，因此国内设计参数不同于国外，是以预定的溶气效率为设计指标，以液相过流密度和液相总容量传质系数为参数。所有研究都表明有填充床的溶气罐比没有填充床的有效，其效率最高可达到99%，但在实际运行中，经常需对溶气罐进行内部检查，因而在很多溶气气浮工艺中常选用没有填充床的系统，而且大部分无填充床的溶气罐常配有内部的或外部的喷射器以提高溶气效率。第一种是泵前进气，流程图见图3。当空气吸入量小于空气在该温度下水中的饱和度时，由水泵压水管引出一支管返回吸水管，在支管上安装水力喷射器，废水经过水力喷射器时造成负压，将空气吸入与废水混合后，经吸水管、水泵送入溶气罐。这种方式省去了空压机，气水混合效果好，但水泵必须采用自引方式进水，而且要保持lm以上的水头，其最大吸气量不能大于水泵吸水量的10%，否则，水泵工作不稳定，破坏了水泵应当具有的真空度，会产生气蚀现象。第二种是泵后进气，流程图见图4。当空气吸入量大于空气在该温度下水中的饱和度时，空气通过空压机在水泵的出水管压入，但也不宜大于水泵吸水量的25%。这种方法使水泵工作稳定，而且不必要求在正压下工作，但需要由空气压缩机供给空气。为了保证良好的溶气效果，溶气罐的容积也比较大，一般需采用较复杂的填充式溶气罐。2．1．3空气注入量的调节是浮选操作的另一关键因素，一般随选择的溶气压力或回流比而变。实验也表明出水质量仅依赖于引入系统的空气总量(气泡尺寸一致时)，而与单独压力或回流比无关。要根据污水水质、浮选（混凝）剂和减压释放器的类型经反复实践而定。2．1．4溶气罐内水位高低是影响气浮效果的重要因素。水们南宁市，缩小了水气接触部分的窖，溶气效果不好；水位太低则缺乏必要的缓冲水深，气体会穿过水层进入气浮设备形成大气泡，气浮效果也不佳。推荐水位控制在罐内1/3～1/4左右。2．1．5溶气罐内的压力是影响气量的重要因素。一般情况下，压力高，则溶气多，在空压机加气方式中，溶气罐内的压力是由空压机气压和水泵共同决定的。在正运转时，首先要保证足够的水压，但水压和气压又要基本相当。在采用水射器加气的方式中，保证溶气罐压力的关键是采用合适的水泵，一般水泵压力应在保证额定流量的前提下大于0.3Mpa，溶气罐压力调整可通过调节溶气罐出水阀、水泵出水阀、回流控制阀进行。2．1．6根据《中华人民共和国国家标准室外排水设计规范》第8.2.7条溶气罐的设计应符合下列要求：一、溶气罐工作压力宜采用300～500kPa（约为3～5kgf/cm2）；二、空气量以体积计，可按污水量5～10%计算；三、污水在溶气罐内停留时间应根据罐的型式确定，一般宜为1～4min，罐内应有促进气水充分混合的措施；四、采用部分回流的溶气罐宜选用动态式，并应有水位控制措施。2．1．7有应用中提到，增加一个精密空气稳流器，它的作用是使空气在进入溶气罐的喷头前，确保压力平稳、均一。回流比是指，当采用部分回流溶气气浮法时，进入溶气罐加压溶气的回流水量与处理水量的比值。回流比一般为废水的25％～50％。但当污水水质较差，且污水水量不大时，可适当加大回流比，以保证出水水质。2．2溶气释放系统（主要是释放头）释放器是该系统的关键装置，它对气泡形成的大小、分布以及对气浮净水效果和运行费用均有明显影响。目前被采用的释放器的释气效率可达99.2%。2．2．1以前的研究认为，释气泡的大小与溶气压力有关，低压时形成大气泡居多，不利于气浮。国内最新研究认为：溶气水在减压消能时气泡的释放规律与气泡在静水中的状况不同；低压时大气泡的出现归咎于释放器不良所致。除了要释放出大量稳定的微小气泡，关键是要如何防止堵塞。目前国内外采用不同类型的释放器，有简单阀门式、针型阀式以及专用释放器（专利）。溶气释放器的专利产品很多，其中效果较好的一般都有以下特点：在喷嘴处有一个瞬间的压降；在释放器的入口处水流方向会突然改变（常为90°）；释放器口径不超过2.5mm，水在释放器中的停留时间＜1.5ms；离开释放器的水流速度逐渐变小；离开释放器的水体会与其前面一挡板发生撞击。任何释放器都不可能只产生微气泡，而一般是产生直径在40～70μｍ之间的气泡，一些大气泡的产生是不可避免的，尽管这些大气泡的存在会降低系统的运行效率。2．2．2根据《中华人民共和国国家标准室外排水设计规范》第8.2.8条溶气释放器的选用应根据含油污水水质、处理流程和释放器性能确定。2．3气浮分离系统（气浮池构件）气浮分离系统的功能是确保一定容积来完成微气泡群与水中杂质的充分混合、接触、粘附以及带气絮粒与清水的分离。2．3．1为了提高气浮的处理效果，往往向废水中加入混凝剂或气浮剂，投加量因水质不同而异，一般由试验确定。对于铝类絮凝剂，通过提高搅拌强度均可使出水浊度进一步降低。为保证浮选(混凝)剂的混凝作用，浮选池进水端宜设静态管道混合器和反应室，反应室有效容积约按废水(进水量与回流量的和)停留时间10分钟计算，一般分为三间，迷宫式布置，且每间设搅拌机提高混凝效果，每间中的速度梯度常常是相同的。絮凝池（也即反应室）设计最好提供活塞流状态（紊流堆动状态），可以确保较好的气浮效果。2．3．2溶气气浮池的最大建议尺寸可达145m2，相应的产水能力为2900～4350m3/h，单位面积的产水能力至少提高了一倍。溶气气浮池的深度从1.5m增加到5.0m，且池型由长方形向正方形发展，长宽比在(1.2～2)：1之间。目前运行良好的溶气气浮池的长度最大可达12m，但宽度被限制为8.5m，这主要是因为机械刮渣机的最大跨度为8.5m。污水在气浮池内的停留时间一般取30～40min，工作水深为15～25m，长宽比不小于4，表面负荷5～10m3/m2•h。若停留时间太短，水流的冲击力大，浮选罐中的污水牌较强的紊流状态，这样不但不利于气泡与絮体的粘附，反而会将部分已粘附在气泡上的絮体打碎；另外，由于紊流和较短的反应时间，而使投加的部分混凝剂未反应完全时就随出水流出，致使出水中悬浮固体的去除率降低，甚至出现负增长的趋势。2．3．3气浮池分2个区:接触区和分离区。2．3．3．1设计接触区时，要注意控制絮凝水的上升流速，避免短流、偏流，不致在上浮过程中被水流剪脱已粘附的气泡而影响后续分离效果。通常情况下接触区的上升流速以控制在10～20mm/s为宜，高度以1.5～2.0m为宜，在这种流速和高度下，既保证了絮粒和微气泡的接触时间，又不会造成絮粒因上浮时间过长而破坏或下沉。合理地布置释放器，使释放水的作用范围遍及全区，能充分、及时地使微气泡下絮粒接触。2．3．3．2分离区选择分离速度时，应有利于带气絮粒上浮。对于絮粒大、密度小、不易破碎的带气絮粒一般采取较大的分离速度，反之取较小值。分离区的流速宜在1～3mm/s，流速过小会造成大絮粒因拥挤而沉淀，流速过大会造成带气絮粒和清水的分界面向下延伸，从而造成絮粒随水流出、水质下降。对浓度大、浮渣多，在固液分离时形成拥挤上浮现象的应减小上浮速度，否则浮渣层太厚会造成落渣，或因分离区容积过小而影响分离效果。选取集水系统时，尽可能做到集水均匀，不让上浮较慢的细小带气絮粒流出池外。为此，应避免短流、快部滞流、碰壁回流等不良现象出现。当溶气气浮池的水力负荷＞10m3/m2•h时，很容易出现气浮出水携带气泡进入后续滤池的情况，气泡会存在于滤池的上层。虽然有人发现滤池中气泡的存在会有利于水中颗粒的去除，但是它会导致滤池水头损失的急剧升高，从而使滤池运行周期显著缩短，因此应该避免滤池进水中气泡的存在，所以在大幅度提高溶气气浮池水力负荷的同时，必须设置脱气系统（具体内容见附录2）以保证工艺的正常运行。安装简易，灵巧的刮渣设备，以便刮渣时不致扰动浮渣层而产生落渣，影响出水水质。2．3．4国内外气浮池的设计参数变化范围很大，我国主要采用以下参数：接触区：停留时间＞2.0min表面负荷率36～72m3/m2•h分离区：表面负荷率7.2～10.8m3/m2•h2．3．5根据《中华人民共和国国家标准室外排水设计规范》第8.2.9条气浮池可采用矩形或圆形。矩形气浮池的设计应符合下列要求：一、气浮池应设置反应段，反应时间宜为10～15min；二、每格池宽不应大于4.5m，长宽比宜为3～4；三、有效水深宜为2.0～2.5m，超高不应小于0.4m；四、污水在气浮池分离段停留时间不宜大于1.0h；五、污水在池内的水平流速不宜大于10mm/s；六、气浮池端部应设置集沫槽；七.池内应设刮沫机，刮沫机的移动速度宜为1～5m/min。正交试验分析得出：回流比、混凝剂投加量和浮选罐（池）的有效停留时间这三个主要参数对气浮效果影响大小的主次关系是：回流比＞混凝剂投加量＞浮选罐（池）的有效停留时间。溶气罐与气浮池之间的回流水输送管道要短，压力损失要小，从而防止空气从超饱和的水中逸出。水温降低对溶气气浮效果有不利的影响。